《电磁波谱》教案

《电磁波谱》教案一、教材分析人教版选择性必修二第四章第四节电磁波谱，本节内容是在学习了电磁波的产生，发射及接收原理的基础上，通过学习电磁波谱，知道电磁波谱是按照电磁波频率的高低进行排列的，通过学习本节内容，知道电磁波随着频率的升高其能量及波长的变化规律，同时也要清楚红外线及紫外线的特点及其在现实生活中的应用。二、教学目标与核心素养物理观念：了解什么是电磁波谱，知道各种可见光和不可见光与无线电波一样，也是电磁波。了解不同波长(或频率)范围的电磁波的特性以及应用。科学思维：了解电磁波谱中各波段的主要特性和在科技、经济、社会发展中的应用。科学探究：体会电磁波的应用对现代社会的影响,明确不同的电磁波具有的不同用途和危害。引发学生对波动现象的好奇心。科学态度与责任：引导和培养学生仔细观察实验现象并尝试归纳现象的学习习惯，激发学生勇于探索的积极性。了解寻找地外文明的主要历史和当前的进展，激发学生探索地外未知生命的热情，增加求知欲。三、教学重难点教学重点：电磁波的组成，分波段解释无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线的特点与应用教学难点：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线的特点与应用四、教学过程【引入新课】说到“谱”，同学们想到了什么呢？对，菜谱，家谱，人物关系谱，等等。像这样依照事物的类别、系统，制成的表册就称为谱。建立谱，方便我们归类、查找、总结各事物之间的关系。建立谱系，在科学上，也有着广泛的应用，比方说，化学里的元素周期表，能够准确地反映、预测各种元素的特性及其之间的关系，是分析物质化学行为非常重要的框架。那么，能不能给电磁波也建一个谱呢？电磁波谱：按电磁波的波长或频率高低的顺序把它们排列成谱，叫电磁波谱。由无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线合起来构成范围非常广阔的电磁波谱。【新课探究】探究点一、无线电波无线电波的概念：技术上把波长大于1mm（频率低于300GHz）的电磁波称作无线电波。应用：无线电技术（长、中短波用于发送广播信号。）（微波用于发送电视信号和微波炉。）无线电波的波段分布及其主要用途（根据：波长/频率）做一做：移动电话经常使用Wi-Fi联网，也会用蓝牙传输数据。但是，由于Wi-Fi和蓝牙使用了相同频段的无线电波，两者可能互相干扰。请你利用移动电话中的应用程序检查一下，在连接蓝牙音响后，移动电话的上网速度会不会受到影响。再查一查Wi-Fi和蓝牙所使用的电磁波的频率是多少。探究点二、红外线红外线：波长约为760nm～1mm，所有物体都发射红外线，热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射强。发现：由英国人赫歇尔于1800年首先发现。特性：热效应。用途：红外摄影、红外线遥感技术。利用红外探测器能在较冷的背景上探测出较热物体的红外辐射，这是夜视仪器和红外摄影的基础（图）用灵敏的红外探测器接收远处物体发出的红外线，然后用电子电路对信号进行处理，可以得知被测对象的形状及温度、湿度等参数。这就是红外遥感技术。利用红外遥感技术可以在飞机或人造地球卫星上勘测地热、寻找水源、监视森林火情、预报风暴和寒潮。红外遥感技术在军事上的应用也十分重要。人体也在发射红外线，体温越高，发射的红外线越强。根据这个原理制成的红外体温计不与身体接触也可以测量体温。播放视频：红外线的应用——夜视仪做一做：红外线感官发达的动物，蛇的颜面两侧，有对红外线敏感的特殊感受器。在黑夜里，探测由对方发出的红外线，起着犹如双眼视觉的作用。探究点三、可见光可见光：能使人的眼睛产生视觉效应的电磁波称为可见光。波长范围：400nm～760nm。特性：能作用于眼睛并引起视。应用：照明、摄影等。各色光在真空中的波长和频率STSE：紫极魔瞳探究点四、紫外线在紫光之外，波长范围为5〜370nm的电磁波是紫外线，特性：荧光效应、化学作用、杀菌消毒。发现：由德国物理学家里特于1801年首先发现的。应用：感光技术、医用消毒等。想一想:人为什么不能长时间在太阳下暴晒？紫外线的作用较强，人体适量接受太阳光里的紫外线照射，能促进钙质吸收。但过多地吸收紫外线，会对皮肤和眼睛造成伤害。探究点五、X射线和γ射线X射线波长范围在0.001nm到10nm之间，γ射线波长小于0.001nm。特性：具有很高的能量，更强的穿透能力。应用：医学治疗γ刀，金属探伤，γ射线对人体正常细胞有很强的破坏作用，因此有γ射线可能出现的地方，必须提出警告，严加防护。探究点六、STSE-寻找地外文明人类探索自然奥秘的活动从来没有停止过。20世纪，“外星人”成了科幻小说的主题之一。1960年美国国立射电天文台执行了一项计划：寻找“外星人”。他们使用一台直径26m的射电望远镜，接收21cm波长的无线电信号。宇宙中最多的元素是氢，21cm波长是氢原子辐射的波长之一。如果存在着任何智慧生物，他们都会对氢元素作透彻的研究。同年4月8日，这架射电望远镜开始搜索。遗憾的是，至今没有发现什么有价值的信息。研究人员又在1972、1975年用两台直径更大的射电望远镜和更精密的仪器，在同一波段对660颗与太阳类似的恒星进行无线电监听，结果仍然没有新的发现。我国在贵州建造的世界最大的球面射电望远镜FAST正在开展对地外文明的探索。除了千方百计接收来自太空的“外星人来电”之外，地球上的人也主动向宇宙发射过几次无线电信号。1974年11月16日，设在波多黎各的一个天文台用波长12.6cm的调频电磁波第一次向银河系发送了人类对外星人的问候。时至今日，人们虽然已经发现了太阳系外的行星，但还没有找到地外文明。目前已知的文明星球只有一个——地球。生活在地球上的人们应该更加爱护自己的地球母亲。播放视频：探索地外文明想一想：太空中的太阳动力学观测台（SDO）可以拍摄到紫外线波段的太阳图像。通过图像可以观察到被可见光模糊或者遮挡的日冕等太阳活动。对比波长为211nm的紫外线和可见光的图像可以看出，它与我们常见的太阳大不相同。除了可见光和紫外线，你还知道太阳能发出哪些波段的电磁波吗？【课堂练习】1、波长为0.6μm的红光，从10m外的交通信号灯传到你的眼睛，大约需要多长时间？这个距离是波长的多少倍？2、某雷达站正在跟踪一架飞机，此时飞机正朝着雷达站方向匀速飞来。某一时刻雷达发出一个无线电脉冲，经200μs后收到反射波；隔0.8s后再发出一个脉冲，经198μs收到反射波。求飞机的飞行速度。【教学反思】回顾本堂课教学设计，以生活中的谱引入新课，激发学生的求知欲望，以培养学生的物理观念。教学过程中，主要采用了猜想求证的科学方法来攻克教学重难点，并将抽象的知识点具体化，培了学生科学思维、科学探究的核心素养。最后将知识与生活实际有机结合在一起，拓宽学生视野，从生活走进物理，再从物理走向生活，培养学生科学态度与责任。课后篇素养形成必备知识基础练1.下列说法正确的是()A.在变化的电场周围一定产生变化的磁场B.紫外线有显著的热效应C.一切物体都在不停地发射红外线D.X射线的穿透本领比γ射线更强解析在均匀变化的电场周围一定产生稳定的磁场,故A错误;红外线有显著的热效应,故B错误;物体是由大量分子组成的,分子是不断地运动的,必然伴随电磁场的变化,即辐射电磁波,故C正确;X射线的穿透本领比γ射线弱,故D错误。答案C2.验钞机发出的光能使钞票上的荧光物质发光,电视机、空调的遥控器发出的光能控制电视机、空调的工作状态。对于它们发出的光,以下判断正确的是()A.它们发出的都是红外线B.它们发出的都是紫外线C.验钞机发出的是红外线,遥控器发出的是紫外线D.验钞机发出的是紫外线,遥控器发出的是红外线解析紫外线有较强的荧光作用,能使荧光物质发出荧光,故验钞机发出的是紫外线;红外线波长较长,容易发生衍射,故能很方便地遥控家用电器,故D正确。答案D3.电磁波给人们的生活带来日新月异变化的同时,也带来了电磁污染。长期使用如图所示的通信装置,会对人体健康产生影响的是()解析移动电话是通过电磁波来传递信息的,长期使用会对人体的健康产生影响。摇柄电话、拨号电话、按键电话都是通过导线中的电流进行信息传播的,没有电磁波的污染,故选项C正确。答案C4.(多选)关于电磁波谱,下列说法正确的是()A.X射线对生命物质有较强的作用,过量的X射线辐射会引起生物体的病变B.γ射线是波长最短的电磁波,它比X射线的频率还要高C.紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射D.在电磁波谱中,最容易发生衍射现象的是γ射线解析X射线对生命物质有较强的作用,过量的X射线辐射会引起生物体的病变,故选项A正确;γ射线是波长最短的电磁波,它比X射线的频率还要高,故选项B正确;在电磁波谱中从无线电波到γ射线,波长逐渐减小,频率逐渐增大,而波长越大,波动性越强,越容易发生干涉、衍射现象,因此紫光比紫外线更容易发生干涉和衍射现象,无线电波最容易发生干涉和衍射现象,故选项C、D错误。答案AB5.一种电磁波射到半径为1m的孔上,可发生明显的衍射现象。由此可知这种波属于电磁波谱中的()A.γ射线 B.可见光 C.无线电波 D.紫外线解析根据发生明显的衍射现象的条件可知,障碍物或孔的尺寸和波长相差不多或比波长还要小。电磁波谱中只有无线电波的波长大于1mm,可见光、紫外线、γ射线的波长更短,故只有无线电波才能发生明显的衍射现象,故选项C正确。答案C6.某广播电台发射“中波”段某套节目的信号、家用微波炉中的微波、VCD机中的激光(可见光)、人体透视用的X光,都是电磁波,它们的频率分别为f1,f2,f3,f4,则()A.f1>f2>f3>f4 B.f1<f2<f3<f4C.f1<f3<f2<f4 D.f1>f2<f3<f4解析广播电台发射“中波”、微波炉中的微波、可见光光波、X射线,它们的波长关系λ1>λ2>λ3>λ4,频率关系f1<f2<f3<f4,选项B正确。答案B关键能力提升练7.太阳表面温度约为6000K,主要发出可见光;人体温度约为310K,主要发出红外线;宇宙间的温度约为3K,所发出的辐射称为“3K背景辐射”,它是宇宙“大爆炸”之初在空间上保留下的余热,若要进行“3K背景辐射”的观测,应该选择下列哪一个波段()A.无线电波 B.紫外线 C.X射线 D.γ射线解析电磁波谱按波长由长到短的顺序排列为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线,由题意知,物体温度越高,其发出的电磁波波长越短,宇宙间的温度约为3K,则其发出的电磁波的波长应在无线电波波段,故选项A正确。答案A8.(多选)关于红外线的作用与来源,下列说法正确的是()A.一切物体都在不停地辐射红外线B.红外线具有很强的热作用和荧光作用C.红外线的显著作用是化学作用D.红外线容易穿过云雾解析荧光作用和化学作用都是紫外线的重要用途,红外线波长较可见光长,绕过障碍物的能力强,易穿过云雾。答案AD9.太阳光通过三棱镜时,在竖直放置的屏幕上形成如图所示的光带NP(忽略三棱镜对各色光的吸收)。若将灵敏温度计的测温端分别放在屏幕上的MN、NP、PQ区域,在哪个区域上升的示数最大()A.MNB.NPC.PQ D.无法确定解析由光的色散可知P、N分别是红光和紫光,所以PQ区域是红外线,红外线有热效应,则该区域温度最高,C正确。答案C10.长波的波长范围为3000~30000m,短波的波长范围为10~50m,则长波的频率范围是,短波的频率范围是。

解析已知长波波长范围为3000~30000m,而波速c=3.0×108m/s,由c=λf可知f1=3.0×1083000Hz=1×105Hz=100kHz,f2=3.0×10830000Hz=1×104Hz=10kHz